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冷却水系统阻垢缓蚀与节能技术

发布时间：2010/6/5 阅读次数：759 字体大小: 【小】【中】【大】

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冷却水系统阻垢缓蚀与节能技术
在火电厂的运行中，凝汽器循环冷却水系统是重要的组成部分。冷却水通过凝汽器吸收
热量，水温提高，经冷却塔同空气接触，蒸发散出热量，冷却后在系统中循环使用。循环冷
却水系统在运行过程中，由于水温升高、浓缩倍率提高、原水污染等原因，极易产生系统的
结垢、腐蚀以及微生物滋生等问题，严重影响了系统的正常运行。为了抑制或消除上述问题，
通常需对循环冷却水进行处理，处理方法主要有化学法和物理法两种。
（1）冷却水的绿色化学法处理
化学法处理即采用阻垢缓蚀剂、杀生剂等降低或消除冷却水系统的结垢、腐蚀以及微生
物滋生等问题。阻垢剂的发展经历了从最初的天然有机物，到无机聚磷酸盐，直至现在的全
有机配方聚合物的过程。目前循环冷却水系统中常用的阻垢剂类型有：聚磷酸盐、有机膦酸、
膦羧酸、聚羧酸、有机磷酸脂、天然分散剂等。随着全球环境问题的日益严重，绿色化学逐
渐兴起，阻垢剂也正在向无毒无害的无磷、低磷、新型高效的环境友好型绿色阻垢剂的方向
发展[31]，一些阻垢剂还兼具缓蚀性能，如聚天冬氨酸和聚环氧琥珀酸是目前最受关注的绿
色阻垢缓蚀剂[32-33]。
针对近年来铜管凝汽器腐蚀日益严重的现状，徐群杰等[34]研究开发了以钨酸盐与聚天
冬氨酸为主的阻垢缓蚀剂，该药剂对黄铜和白铜的缓蚀效率均超过90%。
针对目前我国火力发电厂凝汽器用不锈钢管替代铜合金管的趋势，作者等研究了适合不
锈钢管凝汽器的水质稳定剂。不少电厂在采用不锈钢管凝汽器后，仍采用铜管凝汽器的水质
稳定剂，由于铜合金与不锈钢的耐蚀机理有所不同，铜合金管凝汽器的水质稳定剂并不一定
适合于不锈钢管凝汽器，特别是吸附类的铜合金缓蚀剂反而会促进不锈钢的腐蚀。因此研究
适用于不锈钢管凝汽器的水质稳定剂非常有必要。不锈钢为钝化型金属，其耐蚀性能与钝化
膜的稳定性有很大关系。不锈钢在冷却水中的腐蚀主要表现为点蚀，冷却水对不锈钢的侵蚀
性与冷却水中的氯离子和含氧酸根离子浓度的比值有关。而冷却水结垢现象的发生必然将降
低含氧酸根离子浓度，导致冷却水对不锈钢侵蚀性的增大[35]。研究发现，对某电厂的冷却
水系统，不锈钢在原水中不出现点蚀，但在浓缩过程中，由于缓蚀性的含氧酸根离子浓度因
沉积而下降，冷却水的侵蚀性增大。如果冷却水中氯离子浓度和含氧酸根离子浓度的比值保
持相对稳定，不随冷却水的浓缩而变化，则冷却水对不锈钢的侵蚀性将不随浓缩倍数的提高
而增大。因此，对该厂不锈钢凝汽器可以将水质稳定剂的阻垢和缓蚀作用结合起来考虑，即
可以采用络合增溶类的阻垢剂，这类阻垢剂在冷却水中一方面可增大成垢盐类的溶解度，防
止垢类的沉积；另一方面通过阻垢作用可以保持冷却水中氯离子浓度和含氧酸根离子浓度的
比值，防止不锈钢的点蚀。据此复配了3 种适合不锈钢管凝汽器水质稳定剂，实验测定和现
场应用均表明其具有优良的阻垢性能和对不锈钢的缓蚀性能[36-37]。通过水质分析、扫描电镜
和红外光谱研究了水质稳定剂的作用机理，复配的水质稳定剂通过络合增溶作用增大溶液中
钙离子浓度，从而防止碳酸钙垢等的析出，并且通过稳定溶液中氯离子和缓蚀性含氧酸根离
子浓度比值，防止不锈钢点蚀；通过SEM、XRD、IR 等分析手段测试了几种药剂对碳酸钙
结晶过程的影响，发现当水样中不含有复合药剂时，碳酸钙晶体从过饱和溶液中析出时形成
了致密的方解石结构；水样中加入复合药剂后，药剂可以促使碳酸钙晶型发生转化，生成了
片状、多孔性的六方方解石，从而使硬垢变软。
（2）冷却水的物理法处理
冷却水的物理处理方法包括磁场水处理技术、ECO－GEM 电气石防垢、静电水处理技
术、脉冲射电水处理技术、超声波水处理技术等，目前研究和应用较多的为磁场水处理技术。
磁场水处理技术又分为永磁场水处理技术、高频电磁场水处理技术、低频高梯度磁场处理技
术和变频电磁场水处理技术。目前市场上可见到的磁处理设备有各种各样的类型。常见的永
磁体水处理设备主要是采用强磁性材料产生几百高斯到上万高斯的磁场，永磁场水处理技术
最大的优点是不需要耗电，设备结构也比较简单，加工制造起来也相对比较容易，而其缺点
是磁场强度较小，除垢效果受水质的影响很大，并且会受到地磁场的影响，而且对于高硬度、
大流量水系统的处理效果较差。高频电磁场水处理技术是在静电阻垢基础上发展起来的一种
新型的物理水处理技术，高频电磁场水处理设备一般由高频发生器和水处理器两大部分组
成，其最大优点是利用了高频电磁场中电场能与磁场能共存这一特性，显著提高了正、负离
子相互碰撞的机率。相对于永磁场水处理设备而言，高频电磁场水处理设备，更适用于高流
量、高硬度的循环水系统。低频高梯度磁场除垢器，一般是通过把铜线绕制在螺线管上，并
在螺线管内放入导磁率很高的导磁钢毛，将线圈两端接上低频电源产生低频高梯度磁场。变
频电磁水处理技术是利用直流脉冲或是交变磁场进行水处理的一项新技术，即将变频技术应
用于水处理过程，并通过微电脑自动实现变频、移频、扫频控制。将导线绕在热交换器的进
口管上，并将导线两端接在变频磁场除垢仪的两个输出端，除垢仪会输出交变的电流通过螺
线管，从而在管道内产生交变的变频脉冲磁场，这种技术将变频技术应用于水处理过程，并
可以通过微电脑自动实现变频、移频、扫频控制。该技术应用起来灵活方便，同时也具备杀
菌、灭藻、除锈、和防腐蚀等多重功能[38-39]。
关于电磁场的阻垢除垢作用，一般认为是由于成垢离子和粒子同一定频率的磁场发生共
震，相互碰撞，加快成核速度，让成垢离子迅速生成小于20μm 的文石和球霰石晶体。因文
石和球霰石晶体表面存在的能量被交变磁场提供的能量抵消，并带有相同电荷，所以晶体不
会继续长成大于150μm 的碳酸钙晶体，成为不附着的软泥[40]。有关磁处理对金属腐蚀过程
影响的研究不是很多，有人认为磁处理可以促进金属表面生成致密的Fe3O4，而不是疏松的
Fe2O3，从而起到对金属的保护作用[42]。作者通过实验发现，在磁处理时间较短时，磁处理
对碳钢的腐蚀起到了一定的减缓作用，但随着磁处理时间的延长，缓蚀作用消失，磁处理反
而促进了碳钢的腐蚀。通过对水样的分析发现，在某些条件下磁处理可以降低水溶液的pH
值，并增大溶液中的溶解氧量，显然模拟水pH 值的降低和溶解氧浓度的增大均可以促进碳
钢电极的腐蚀。因此，如何设定合理的磁处理参数，最大限度地发挥磁处理对冷却水系统的
阻垢和缓蚀作用，是磁处理得到广泛应用的关键。

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